物理學中的理論概念 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

[英] 馬爾科姆·朗蓋爾(MalcolmLongai 著

圖書標籤:

• 物理學
• 理論物理
• 概念物理
• 物理學史
• 科學哲學
• 數學物理
• 經典力學
• 電磁學
• 量子力學
• 相對論

店鋪： 文軒網教育考試專營店

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312033766

商品編碼：25564633744

齣版時間：2017-08-01

作  者:(英)馬爾科姆·朗蓋爾(Malcolm Longair) 著；嚮守平,鄭久仁,硃棟培 等 譯 定  價:99 齣 版 社:中國科學技術大學齣版社 齣版日期:2017年08月01日 頁  數:502 裝  幀:平裝 ISBN:9787312033766 ●前言
●第1章引言
●1.1對讀者的說明
●1.2本書的由來
●1.3對讀者的告誡
●1.4物理和理論物理的本質
●1.5環境的影響
●1.6本書的計劃
●1.7緻歉和鼓勵的話
●1.8參考文獻
●專題1牛頓運動定律和萬有引力定律起源
●第2章從托勒密到開普勒——哥白尼的革命
●2.1古代史
●2.2哥白尼的革命
●2.3第榖·布拉赫——天堡之主
●2.4開普勒與天體和諧
●2.5參考文獻
●第3章伽利略與物理科學的本質
●3.1引言
●3.2作為實驗物理學傢的伽利略
●部分目錄

內容簡介

本書以一種、新穎且全麵綜閤的方法對物理學中的理論研究進行瞭探討，並以真實的物理學是科學傢不斷探索和實踐的結果的視角闡述主題。作者試圖將本書作為大學本科高年級物理課程的補充讀物，並假定讀者對普通物理的知識已有所瞭解。利用對7個專題的係列研究，作者著重描述瞭理論物理學中某些很難的概念、科學傢們充滿智慧的艱難探索，以及研究和發現所帶來的激動和欣喜。這些專題研究包括牛頓運動定律和萬有引力定律起源、麥剋斯韋方程組、綫性/非綫性力學與動力學、熱力學與統計物理、量子概念起源、狹義相對論、廣義相對論與宇宙學。本版在處理方式上與受到讀者高度好評的靠前版相同，但在靠前版的基礎上做瞭全麵修訂，並增加瞭許多新的論題。本書適閤用作研究生和高年級本科生的教材。譯者是在各專題領域工作多年的有名學者。 (英)馬爾科姆·朗蓋爾(Malcolm Longair) 著；嚮守平,鄭久仁,硃棟培 等 譯 馬爾科姆·朗蓋爾（Malcolm Longair），教授，1941年齣生於蘇格蘭，1967年在劍橋大學卡文迪許（Cavendish）實驗室獲博士學位。1968—1969年，他作為英國皇傢學會的交換訪問學者在莫斯科列彆捷夫（Lebedev）研究所工作。其後他又六次作為交換學者訪問蘇聯空間研究所，並在美國多個研究所和天文颱擔任訪問教授。從1980年到1990年，他同時擔任蘇格蘭皇傢學會天文學傢、愛丁堡（Edinburgh）大學欽定天文學講座教授和愛丁堡皇傢天文颱颱長。他在1991—1997年期間任卡文迪許實驗室副主任，專門負責物理教學工作，並在1997年以後成為卡文迪許實驗室主任。朗蓋爾等 前言


本書寫作的動機源於1977~1980年我在劍橋大學給準備進入物理學和理論物理學一年學習的本科生所講授的一門課程。該課程的目的是概述物理學理論研究的本質，以使學生更容易接受一年多門物理學課程的高強度學習。該課程的宗旨在第1章和其後的相關論題中做瞭描述，其中使我感受強烈的是：學生在學習大學本科物理學課程時，如果不理解其內涵、處理方法以及專業物理學傢研究工具的具體技術，就領會不到人類的智慧激情與物理學之美。該課程曾作為普通物理課程的替代課程，並命名為“物理學中的理論概念”。
這一課程的一個重要特點是：它是由學生自主選擇的，並且完全沒有考試。該課程於每周一、周三、周五上午9：00開始講授，在7~8月間持續講授4周，該時間段正是劍橋大學多年來的夏季學期，正好處於一學年的物理課開課之前階段。因除瞭開課的時間選擇外，該課程沒有考試，加上夏季階段劍橋大學特有的吸引等

宇宙的織錦：從宏觀結構到微觀粒子的探索 第一部分：宇宙的宏大敘事——時空、引力與結構的演化 本書帶領讀者深入探索我們所處的宇宙，從最宏大的尺度——星係團的排列方式——到支配它們運動的基本力量。我們將暫時擱置量子世界的奇特法則，專注於愛因斯坦的廣義相對論如何描繪引力，不僅僅是作用於物體之間的力，而是時空本身的幾何彎麯。 1. 相對論的幾何學基礎： 我們將詳細解析黎曼幾何在描述彎麯時空中所扮演的角色。這不僅僅是數學工具的堆砌，而是理解引力場本質的關鍵。通過對度規張量和時空麯率的探討，讀者將建立起對黑洞視界、奇點以及引光綫偏摺現象的直觀理解。我們將審視靜態球對稱解（如史瓦西解）和鏇轉解（剋爾解）的物理意義，探討它們在描述真實天體（如中子星和快速鏇轉的黑洞）時的適用性與局限。 2. 宇宙學的尺度與動力學： 宇宙學的核心在於對整個時空演化的建模。本書深入探討弗裏德曼方程組，展示瞭宇宙膨脹的數學基礎。我們不會停留於簡單的“哈勃定律”，而是深入分析物質密度參數（$Omega_m$）、暗能量密度參數（$Omega_Lambda$）以及麯率參數（$k$）如何決定宇宙的未來命運——是加速膨脹、收縮還是達到一個平坦的平衡點。 3. 結構的形成與演化： 物質如何從早期宇宙均勻的等離子體中凝結成今天的星係和星係團？我們將使用綫性微擾理論來處理早期宇宙的密度漲落。重點分析瞭冷暗物質（CDM）模型，解釋瞭為什麼隻有非相對論性的物質纔能有效“坍縮”並形成引力勢阱。討論內容將延伸至星係形成過程中的氣體冷卻、恒星形成反饋效應，以及大規模結構（如宇宙網）的數值模擬方法概述。 第二部分：物質的基石——從經典場論到場的量子化 在宏觀尺度下，連續的場描述取得瞭巨大的成功，但當我們將目光聚焦於物質的內部結構時，經典描述必須讓位於量子力學。本部分著重於如何從經典場論的框架齣發，係統地構造齣描述基本粒子相互作用的量子場論（QFT）。 4. 經典場論的框架與對稱性： 量子場論的根基在於拉格朗日密度。我們首先建立一個嚴格的經典場論基礎，闡述如何通過對拉格朗日量進行變分來導齣運動方程（歐拉-拉格朗日方程）。核心討論將圍繞諾特定理展開，展示對稱性（如時間平移對稱性、空間鏇轉對稱性以及規範對稱性）如何直接導齣守恒量（如能量、動量和電荷）。 5. 量子化過程與粒子概念的誕生： 從經典場到量子場的過渡是本書中最具挑戰性的部分之一。我們將詳細介紹正則量子化方法，即如何將場變量及其共軛動量提升為算符，並應用對易關係（或反對易關係）。通過對自由標量場（Klein-Gordon場）和自由費米子場（狄拉剋場）的量化，讀者將清晰理解“粒子”如何作為場的激發態（即産生算符作用於真空態的結果）被構造齣來。 6. 相互作用與微擾論： 描述粒子間相互作用的關鍵在於引入相互作用項到拉格朗日量中。我們將探討微擾論在處理微弱相互作用時的必要性。核心內容將集中於S矩陣的展開式，以及費曼圖如何作為一種強大的可視化和計算工具，係統地錶示齣不同階的微擾修正。讀者將學習如何解析費曼規則，計算基本的散射截麵和衰變寬度，這是連接理論預測與實驗觀測的橋梁。 第三部分：電磁學的深入與量子電動力的基礎 電磁相互作用是自然界中最精確被研究和描述的相互作用。本書將以電磁場為模型，深入探討量子場論在描述規範相互作用方麵的威力。 7. 規範場論的構造原理： 我們將從麥剋斯韋方程組齣發，展示其內在的規範不變性。隨後，我們將論述如何通過引入規範場（光子場）並要求拉格朗日量在局部U(1)對稱性下保持不變，從而“規範化”自由電磁場的理論。這種從對稱性到相互作用的構造過程，是理解所有基本力（包括弱核力和強核力）的範式。 8. 量子電動力學（QED）的微擾展開： QED是第一個成功的、自洽的量子場論。本書將詳細剖析QED的拉格朗日量，並推導齣描述電子-電子散射、光子産生等基本過程的費曼圖。討論將包括自能、真空極化和蘭姆位移等“量子修正”現象。我們不會深入探討重整化過程的全部技術細節，但會闡明物理學中“無窮大”問題的齣現背景，以及物理量必須依賴於我們選擇的能量標度（即“滾動力”效應）這一深刻概念。 9. 費米子的相對論性描述： 對電子、誇剋等費米子（具有半整數自鏇）的描述必須建立在狹義相對論的基礎上。我們將詳細考察狄拉剋方程的結構，理解鏇量（Spinor）的數學性質，以及自鏇與角動量之間的深層聯係。通過對狄拉剋方程的規範化和量子化，我們將確立電子和正電子（反粒子）作為量子場激發態的地位。 --- 本書旨在為具有紮實經典物理和量子力學基礎的讀者，提供一個全麵而嚴謹的視角，理解現代物理學如何通過場論的語言，構建起描述宇宙結構和基本粒子行為的統一框架。我們著重於概念的建立和數學框架的邏輯推演，以期培養讀者對物理學核心理論結構的深刻洞察力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式極其獨特，它更像是一部哲學著作而非傳統的物理學專著。作者的筆觸非常細膩，尤其是在探討“實在性”和“觀測問題”時，那種思辨的深度令人震撼。我感覺自己不是在學習物理知識，而是在參與一場跨越瞭數個世紀的思想辯論。書中對哥本哈根詮釋的批判性分析，以及對多世界理論的引入，都展現瞭作者廣闊的學術視野和獨立思考的能力。他沒有急於給齣“標準答案”，而是鼓勵讀者去質疑和探索，這在很多隻追求標準流程的教材中是很少見的。尤其讓我印象深刻的是，在討論引力理論的某些未解決難題時，作者采用瞭近乎文學化的描述，將那些數學上的睏難轉化為瞭人類認知局限的悲壯史詩。這本書的閱讀體驗是沉浸式的，它要求你慢下來，去品味每一個論斷背後的曆史重量和哲學意涵。讀完後，我發現自己看待日常世界的眼光都發生瞭一些微妙的變化，對“確定性”這一概念産生瞭更深的懷疑和更廣闊的理解。

評分☆☆☆☆☆

說實話，這本書的閱讀門檻確實不低，它毫不留情地要求讀者具備紮實的數學功底，但這恰恰是其價值所在。作者在引入新的物理概念時，總是緊密地依托於其數學框架，沒有絲毫的“偷懶”或簡化。我特彆關注瞭其中關於規範場理論的論述，那段對楊-米爾斯理論精確推導的展示，簡直是一場數學和物理完美結閤的盛宴。每一個符號的引入、每一個微分算子的運用，都有其深刻的物理動機和邏輯必然性。這迫使我不得不時常停下來，迴顧高等微積分和綫性代數的知識，但每一次迴顧都帶來瞭“啊哈！”的頓悟時刻。這本書的魅力就在於，它拒絕提供現成的“答案”，而是教會你如何從最基本的原理齣發，一步步地去“建造”齣這些偉大的理論。它培養的不是知識的接收者，而是理論的構建者，這對於誌在科研領域的人來說，是無價的財富。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的結構安排感到非常欣賞，它似乎遵循瞭一種螺鏇上升的學習路徑。開篇的邏輯推導乾淨利落，幾乎沒有冗餘的文字，直擊核心概念的定義。然而，當你以為自己已經掌握瞭基礎時，隨後的章節會以一種更宏大的視角重新審視前述的概念，揭示其在更復雜係統中的兼容性和局限性。例如，它在前幾章建立起的經典場模型，在引入瞭非綫性效應和拓撲結構後，立刻被賦予瞭全新的生命力，展現齣遠超初級認知的復雜美感。這種由淺入深，又不斷迴溯和升華的處理方式，極大地鞏固瞭知識的內在聯係。我發現自己不再將知識點視為孤立的模塊，而是將其視為一個相互支撐的有機整體。書中的圖錶和數學推導步驟清晰到令人發指，即便是那些涉及高維空間的抽象描繪，作者也總能找到一種直觀的幾何類比來輔助理解，這一點對於解決我長期以來在空間想象力上的障礙非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是理論物理學的“聖經”！我作為一個剛入門的物理愛好者，被書中那種嚴謹而又充滿詩意的語言深深吸引。作者並非隻是羅列公式和定理，而是仿佛帶著你一起，在浩瀚的宇宙中探尋最本源的奧秘。例如，他對量子場論的闡述，那種從經典場論的局限性齣發，逐步構建齣符閤微觀世界的描述體係的過程，簡直是教科書級彆的精彩。他沒有迴避那些深奧的概念，而是用一係列精妙的比喻和曆史背景的梳理，讓原本高不可攀的知識變得觸手可及。讀完關於相對論性量子力學的章節後，我對時空在微觀尺度下的扭麯和漲落有瞭前所未有的直觀理解。書中對對稱性和守恒定律的強調，更是揭示瞭自然界深層次的和諧之美。我特彆喜歡作者在論述實驗與理論的邊界時所流露齣的那種對未知的敬畏，這讓這本書不僅僅是一部教材，更像是一次精神上的朝聖之旅。對於任何渴望真正理解物理學核心思想的人來說，這本書都是不可或缺的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體感覺是極其“現代”和“前沿”。它並沒有沉溺於對已完成的物理學史的追溯，而是將大量的篇幅用於探討當前研究中最活躍、最具爭議性的領域。例如，在討論弦理論的景觀問題和圈量子引力論的自洽性時，作者的態度是審慎而又充滿激情的，他清晰地勾勒齣瞭這些理論在解決量子引力問題上的優勢與不足，以及它們在數學工具上的差異。書中對信息論在物理學中的應用也有獨到的見解，將熵的概念從熱力學拓展到瞭信息傳遞和黑洞物理中，這種跨學科的視野非常開闊。這本書仿佛是一扇窗，讓我得以窺見未來物理學可能的發展方嚮，它充滿瞭懸念和未解之謎，激勵著讀者不僅要去學習已有的知識，更要去思考那些尚未被解決的問題。閱讀過程中，我感到自己仿佛站立在瞭物理學前沿的懸崖邊，既感到震撼，又充滿瞭探索的衝動。